Інфокомунікації та гуманітарні науки (стр. 2 )

Мережі покоління NGN+3 мають успадкувати кращі досягнення попередніх поколінь і, крім того, вирішувати проблеми останніх. Найбільш вагомим надбанням попередніх розробок у галузі телекомунікацій, на наш погляд, є об’єднання двох ідей: а) пакетний обмін, що реалізує статистичне мультиплексування різноманітних потоків у загальному тракті передачі і тим самим забезпечує високу економічну ефективність використання каналів зв’язку; б) реалізація транспортної функції мережі, орієнтованої на з’єднання, з підтримкою швидкої комутації потоків, що дозволяє досягти стабільних і доволі високих показників якості мережного сервісу порівняно з технологією маршрутизації IP-пакетів. Головною невирішеною проблемою конвергентних мереж покоління NGN+2, очевидно, залишиться стек протоколів TCP/IP, який за своєю ідеологією не був орієнтованим на з’єднання, є недостатньо гнучким і призводить до надмірного навантаження мереж службовим трафіком.

Першим принципом побудови нового стека протоколів для мереж NGN+3, на наш погляд, має стати об’єднання на одному протокольному рівні шести функцій: канального рівня (L2), рівня комутації потоків (L2.5), мережного (L3), транспортного (L4), сесійного (L5) і представницького (L6) рівнів моделі OSI. Цей об’єднаний рівень умовно назвемо «рівень мережного мультисервісного транспорту» (ММТ).

Об’єднання названих вище шести протокольних рівнів мереж NGN+2 в один рівень ММТ для мереж NGN+3 фактично означатиме, що в загальному тракті передачі мають бути статистично мультиплексовані протокольні одиниці різних типів: кадри канального рівня, пакети, команди, мітки тощо. Таким чином, має бути створений відповідний адаптивний протокол для обробки різнотипних складових загального тракту передачі. Це, в свою чергу, вимагає зменшення мінімальної довжини протокольної одиниці даних.

Другим базовим принципом нового стека протоколів оберемо визначення елементарної протокольної одиниці у вигляді одного байта. При цьому потік байт розглядається як перехідний прошарок між фізичним рівнем моделі NGN+3 і рівнем мережного мультисервісного транспорту (ММТ). Отже, потік байт є вихідним для фізичного рівня і вхідним для рівня ММТ. Таким чином, головна вимога до фізичного рівня в протокольній моделі мереж NGN+3 є забезпечення надійного передавання окремих байтів у послідовному тракті або фізичній лінії, що з’єднує кожну сумісну пару вузлів мережі.

Третій принцип побудови адаптивного мережного протоколу взаємодії відкритих систем у мережах NGN+3 сформулюємо в термінах формальної граматики [8]. Окремі байти потоку визначимо як морфологічні елементи («літери» абетки). З «літер» утворюються похідні семантичні форми – «слова», «речення» і т. д. Перелік семантичних форм такої граматики є відкритим. Широкий спектр семантичних форм уможливлює оптимізацію абстрактної «мови» для взаємодії різних систем. Змістовні одиниці, що зустрічаються частіше (наприклад, команди комутації міток потоків), мають позначатися короткими протокольними формами. І навпаки, семантичні одиниці, що використовуються не часто (наприклад, команди сигналізації й установлення з’єднань) не є критичними до довжини семантичної форми, якими кодуються команди і параметри команд. З математичної точки зору, реалізація зазначеного третього принципу взаємодії відкритих систем перетворює послідовний потік байт у тракті передачі на формалізований алгоритм (програму), в тексті якої зустрічаються команди, параметри і дані, що потребують оброблення.

Таким чином, проведено розподіл трьох поколінь NGN за ознакою стадій розвитку і впровадження ключових технічних ідей і технологічних принципів: NGN+1, NGN+2, NGN+3. Зроблено висновок, що мережі NGN, окреслені в реко­мендаціях ITU-T, підпадають під ознаку мереж покоління NGN+2. Головним надбанням цього покоління мереж має стати конвергенція усіх типів мереж і мережних послуг на базі IP, а також суттєве підвищення якості мережного сервісу. Невирішеною проблемою мереж NGN+2, на думку авторів, залишиться стек TCP/IP, що вже завершує свій цикл еволюції і потребує радикальної перебудови в контексті сучасних і майбутніх стандартів якості сервісу.

Основними вимогами до майбутнього мережного протоколу взаємодії відкритих систем, на думку авторів, є гнучка система комутації різних типів трафіка в мультиплексному тракті, орієнтація на з’єднання і контроль якості сервісу за всіма ланками ланцюга з’єднання, відкрита ієрархічна система адресації, адаптація й оптимізація процесів для зменшення надлишкової службової інформації, що передається по каналах зв’язку. Цим вимогам відповідає запропонована авторами концепція мережного протоколу, що позиціонується як альтернатива IP у мережах майбутніх поколінь. Принципи побудови нового мережного протоколу ґрунтуються на досвіді попередніх поколінь телекомунікацій і на сучасній концепції NGN. Ці принципи захищені патентами, досліджені в рамках НДР, що виконувалась за державним замовленням у 2010 р. в ОНАЗ ім. , а також попередньо випробувані в лабораторних умовах на експериментальному сегменті мережі.

Література

1. Next Generation Networks Global Standards Initiative / ITU-T. – Режим доступу: http://www. itu. int/en/ITU-T/gsi/ngn/Pages/default. aspx.

2. JWT Report on MPLS Architectural Considerations for a Transport Profile / IETF - ITU-T Joint Working Team. – Режим доступу: http://tools. ietf. org/html/draft-bryant-mpls-tp-jwt-report-00.

3. Understanding MPLS-TP and Its Benefits / Cisco White Paper. – Режим доступу: http://www. /en/US/technologies/tk436/tk428/white_paper_c.pdf

4. 802.1Qay - Provider Backbone Bridge Traffic Engineering / IEEE 802.1 Working Group. – Режим доступу: http://www. ieee802.org/1/pages/802.1ay. html.

5. Joanne Cummings. The T-MPLS vs. PBT debate / Network World – 2007. – June, 18. – Режим доступу: The T-MPLS vs. PBT debate.

6.The Mobile broadband standard. LTE / The 3rd Generation Partnership Project. – Режим доступу: http://www.3gpp. org/article/lte.

7 The IP Multimedia Subsystem in Next Generation Networks . – Режим доступу: The IP Multimedia Subsystem in Next Generation Networks. Gilles Bertrand. May, 30, 2007.

8. Формальные грамматики и языки / / – М.: Наука, 1973. – 368 с.

,

ОНАС им.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕНЗОРНОГО АНАЛИЗА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ МАРШРУТИЗАЦИЕЙ В СЕТИ MPLS-TE

Аннотация. Предложено использование тензорного анализа для решения задач управления маршрутизацией в сети MPLS-TE. Приведена тензорная методика выбора оптимального маршрута передачи трафика при минимальной задержке передачи пакетов и загруженности очередей на узлах сети.

Современные телекоммуникационные сети нового поколения NGN (Next Generation Network) предполагают использование на магистральном уровне технологии MPLS (MultiProtocol Label Switching) с возможностями обеспечения параметров качества обслуживания QoS (Quality of Service). Для управления трафиком и маршрутизацией используются технологии инжиниринга трафика Traffic Engineering (TE) и поддержки QoS (IntServ/RSVP, DiffServ/RSVP+, DiffServ-TE), которые позволяют предоставлять различные классы услуг пере­дачи за счет определения последовательности маршрутов прохождения трафи­ка, оптимизации очередей и контроля пропускной способности [1,2]. Исполь­зование сетевых технологий позволяет обеспечивать необходимую пропускную способность, что значительно ус­ложняет процесс контроля пока­зателей QoS в рамках существую­щих расчетных моделей [1,2]. В этой связи актуальной задачей является исследование сетевой модели управления ресурсами и маршрутизации сетей MPLS-ТE.

Для решения поставленных задач используем аппарат тензор­ного анализа сетей, предложенный Г. Кроном [3] и развитый в работах [4…6], который позволяет выпол­нять одновремен­ную оценку структурных характеристик и функциональных свойств сети, а также прогнозировать состояние сети с учетом топологии и используемых протоколов.

Рассмотрим основные этапы решения задачи маршрутизации в сети MPLS-ТE, построенной на маршрутизаторах LSR (Label Switching Router), с применением тензорной модели на примере исходной структуры сети, кото­рая состоит из пяти узлов и восьми ветвей (рис.1). В качестве информативных систем координат введем координатные системы узловых пар и ветвей сети.

Для направления LSR-5 - LSR-2 обеспечим передачу очереди длиной 100 пакетов, заданной в виде координат вектора . Пропускная способность веет­вей сети представляется в виде координат матрицы. Необходимо рассчитать минимальную задержку передачи пакетов из очереди на исходящем узле, а также загруженности очередей на всех транзитных узлах сети.

Согласно заданной структуре сети (рис. 1), производим выбор базисных разрезов, представленных узловыми парами в виде системы уравнений и базисной матрицы узловых пар, которая имеет вид [3,4]:

(1)

Вектор возбуждения в системе координат ветвей сети имеет вид:

,

где t – знак транспонирования матрицы.

Производим расчет проекции тензора в системе координат базисных узловых пар:

. (2)

Определим проекции дважды контравариантных тензоров в системе координат узловых пар:

. (3)

Рассчитаем проекции ковариантных тензоров в системе координат базисных узловых пар:

. (4)

Рассчитаем проекции ковариантных тензоров в системе координат ветвей сети:

, (5)

что позволяет найти минимальное время доставки пакетов .

Найдем проекции тензора в системе координат ветвей сети, согласно выражению:

, (6)

определяя порядок загруженности очередей пакетами на узлах сети.

В заключение можно сделать следующие выводы:

1. Рассмотренный тензорный метод показывает возможность одновременного исследования структурных свойств и функциональных характеристик сети MPLS-ТE.

2. Показано, что в рамках сети MPLS-ТЕ могут быть выполнены оптимизационные процедуры по наиболее рациональному использованию ресурсов, и одновременно решены задачи обеспечения параметров качества обслуживания QoS.

3. Предложенная методика может быть использована для решения различных видов сетевых задач.

Литература

1. Воробієнко П. П. Телекоммунікаційні та інформаційні мережі: [підруч. для вищих навч. закладів] / ієнко Л. А. , Нікітюк, П. І. Резніченко. – К: САММІТ-КНИГА, 2010. – 640 с.

2. Олифер В. Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: [учебник для вузов] / Олифер В. Г., Олифер Н. А. – [3-е изд.]. – СПб: Питер, 2008. – 958 с.

3. Исследование сложных систем по частям – диакоптика / Г. Крон. – М.: Наука, 1972. – 542 с.

4. Тензорная методология в теории систем / – М.: Радио и связь, 1985. – 152 с.

5. Применение теории моделей и тензорного анализа при моделировании телекоммуникационных систем / , Т. И. Григорьева // Радиотехника: Всеукр. науч.-техн. сб. –Вып. 148. – 2007. – С. 102-106.

6. Использование тензорного метода при расчете ТКС, представлен­ной узловой сетью / , // Электронное научное специа­лизированное издание// Проблемы телекоммуникаций. – 2010. – № 1 (1). – http://pt.journal.kh.ua

Струкало М.І.

ОНАЗ ім. О.С. Попова

ДОСЛІДЖЕННЯ ІНФОРМАЦІЙНОЇ НАДЛИШКОВОСТІ ПРОТОКОЛІВ

ВЗАЄМОДІЮЧИХ СИСТЕМ У ПРОЦЕСІ ТСР СЕАНСУ ЗВ’ЯЗКУ

Анотація. Виконано аналіз інформаційної надлишковості протоколів при взаємодії систем у процесі ТСР сеансу зв’язку. Проведено дослідження надлишкової інформації в залежності від обсягів корисної інформації, переданої у процесі ТСР сеансу зв’язку.

При розробці й моделюванні засобів телекомунікацій та проектуванні мереж з комутацією пакетів вирішується низка проблем пов’язаних з якістю передавання інформації. На показники якості передавання інформації значною мірою впливає інформаційна надлишковість протоколів взаємодіючих систем, яка зменшує реальну пропускну здатність каналів, збільшує затримки інформації та завантаження систем і каналів тощо.

Проблеми, пов’язані з інформаційною надлишковістю протоколів систем, досліджувались в багатьох роботах, наприклад [1…6], де пропонувались моделі кількісних перетворень інформації [2…4] та критерії оцінки кількості надлишкової (технологічної) інформації протоколів систем [2, 5], а також проводився аналіз ефективності передавання інформації в безпровідних [6] та в корпоративних [5] мережах. Але дослідження обсягів надлишкової інформації протоколів систем у процесі сеансу зв’язку ТСР (Transmission Control Protocol) в цих роботах не виконувалось.

Метою даної роботи є аналіз інформаційної надлишковості протоколів у процесі ТСР сеансу зв’язку взаємодіючих систем та дослідження надлишкової інформації у залежності від обсягів корисної інформації.

Модель інкапсуляції даних. У процесі ТСР сеансу виділяють такі процедури зв’язку: a) установлення логічного з’єднання; b) надійне передавання сегментів; c) завершення логічного з’єднання [1]. Для математичного опису обсягів переданої інформації під час реалізації цих процедур використаємо математичні моделі [2…4]. Джерелом технологічних даних для процедур “a” та “c” є заголовки протоколу ТСР передавальної та приймальної систем. Процедура “b” передбачає передавання ТСР сегмента даних, які формує протокол прикладного рівня передавальної системи А та формування й передавання підтверджень (квитанцій) протоколом ТСР приймальної системи Б.

Нехай протокол ТСР функціонує на r-му рівні (підрівні) взаємодіючих відкритих систем. Позначимо обсяг технологічної інформації, що формує протокол ТСР на виході r-го підрівня в j-му ТСР сегменті. Для опису кількісних перетворень інформації в процесі її інкапсуляції протоколами передавальної системи, що діють між підрівнями r та n використаємо модель [3]

, , , (1)

де (2)

– обсяг службової інформації в сумарному заголовку j-го сегмента, який формують комунікаційні протоколи між підрівнями та n системи; N –кількість протокольних підрівнів взаємодіючих систем; – кількість сегментів, які формує протокол ТСР r-го підрівня системи у процесі сеансу зв’язку.

Загальну кількість службової інформації сукупності сегментів на виході n-го підрівня системи, які формує протокол ТСР r-го підрівня протягом сеансу зв’язку, визначимо за формулою [4]:

, , . (3)

Кількісні перетворення корисної інформації протоколу прикладного рівня передавальної системи у процесі її інкапсуляції протоколами, що діють між підрівнями r та n, виконаємо за формулою [2]:

, , (4)

де , , (5)

– кількість інформації на виході n-го підрівня передавальної системи.

Використовуючи формули (3) та (4) знайдемо сумарну кількість корисної та технологічної інформації на виході n-го підрівня передавальної системи, яка формується за ТСР сеанс зв’язку

, , (6)

де , . (7)

Критерії оцінки надлишкової інформації. Формула (7) фактично є абсолютним критерієм оцінки інформаційної надлишковості протоколів системи за час ТСР сеансу зв’язку. Для відносної оцінки надлишковості інформації протоколів застосуємо критерій [5], який показує відсоток переданої службової інформації від загальної, у нашому випадку це сукупність сегментів n-го підрівня системи, переданих за час ТСР сеансу зв’язку

, . (8)

За допомогою коефіцієнта (8) можна розрахувати відсоток корисної інформації у сукупності сегментів n-го підрівня, переданих за час ТСР сеансу зв’язку

, . (9)

Вважаючи у формулах (1)…(9) n = 1, у подальшому розрахуємо показники інформаційної надлишковості стека протоколів на виході системи.

Інформаційна надлишковість протоколів. Протоколи ТСР та ІР стека ТСР/ІР функціонують відповідно на транспортному (четвертому) та мережному (третьому) рівнях моделі взаємодії відкритих систем (OSI). Протокол ІР може інкапсулювати дані у будь-який протокол технології канального рівня, наприклад, РРР (Point-to-Point Protocol); Gigabit Ethernet (GbE); Frame Relay (FR) тощо. Таким чином, у процесі ТСР сеансу зв’язку для передавання інформації застосовуються поєднання протоколів, наприклад, ТСР over ІР over РРР, ТСР over ІР over GbE тощо.